以激光堆焊为代表的高能束堆焊技术是一种新的复合表面处理技术,其能源利用率可达30%以上,近十几年来得到了迅速发展,已成为国内外学者的研究热点。在激光堆焊处理过程中,基材的加热不受金属蒸气的影响,熔覆金属冷却速度快,熔覆层的耐磨性往往成十倍地提高。但激光设备一次性投资昂贵,运行费用高。因此,国内外对低成本、高效率的激光堆焊技术的研究开发十分重视。
激光堆焊材料的成分直接决定了堆焊层的使用性能,为了适应复杂的应用环境,人们研究出了多种成分、多种形态的堆焊材料。目前常用的堆焊材料为铁基合金、钴基合金、镍基合金,它们共同的特点是具有较低的应力磨粒磨损能力、优良的耐磨蚀性、耐热性和抗高温氧化性能。其中铁基合金不仅价格低廉,而且通过调整成分、组织,可以在很大范围内改变堆焊层的强度、硬度、韧性、耐磨性、耐蚀性、耐热性和抗冲击性,是应用最为广泛的一种堆焊合金。
激光堆焊技术具有普通堆焊技术无法比拟的优点:
1)可准确控制热输入量,激光扫描速度快,工件加热速度和冷却速度快,热畸变小,厚度、成分和稀释率的可控性好,可获得组织致密、性能优越的堆焊层的目的。
2)节省贵重金属材料,可实现在普通材料上覆盖高性能(耐磨、耐高温、耐蚀等)的堆焊层的目的。
3)激光加工为无接触加工,无加工惯性。(www.daowen.com)
4)堆焊参数一经确定,堆焊质量易于保证,堆焊可靠性高,故易实现自动化。
5)在经济上和覆层质量上优于传统的堆焊和热喷涂工艺。
修复零件是目前我国激光堆焊技术的主要应用形式。在生产实践中,零件由于磨损而造成失效,例如轧辊、石油钻杆和钻头、采掘机的零件等,这些零件的修复多采用堆焊工艺。据相关介绍,堆焊金属总量的70%以上用于零件的修复工作。修复的费用比制造新产品低很多,且修复零件的使用寿命也比新产品长。例如,采用激光堆焊工艺修复轧辊的费用是制造新轧辊的30%,对应轧制金属量提高了3~5倍。此外,采用激光堆焊工艺修复零件还具有节约金属、充分发挥堆焊层金属的性能、克服配件供应困难等许多优点。激光堆焊技术已成为再制造过程的关键技术,其经济效益和社会效益都十分显著。
另外,随着现代表面工程技术的发展,近年来国内外都非常重视改善零件表面性能以满足工作条件的特殊要求。例如,采用激光堆焊工艺制造双金属新零件,即对零件的基体与表面堆焊层选用具有不同性能的材料制造,以满足工作条件的技术要求,使工件表面层具有较高的耐磨、耐蚀等特殊性能,同时保持了基体的韧性,降低了生产成本。因此,利用激光堆焊技术直接制造复合金属零件能充分发挥特种材料的作用与潜力,不仅可节约大量的贵重金属,而且可大幅度提高零件的使用寿命。
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